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Ausbildung des Ständers eines als Synchronmotor arbeitenden Hysteresemotors
Die Erfindung bezieht sich auf Synchronniotoren und insbesondere auf am einphasigen
Netz von selbst anlaufende Hysteresemotoren, die auch am zweiphasigen oder dreiphasigen
Netz betrieben werden können. Bisher ist eine ganze Reihe von Versuchen gemacht
worden, kleine selbstanlaufende Einphasen-Hysteresemotoren für Leistungen unter
1 PS und auch Mehrphasenmotoren dieser Art zu bauen. Diese Motoren waren
bisher wegen ihrer großen Erwärmung, ihres kleinen Anlaufs- und Betriebsdrehmomentes
und wegen der hohen mechanischen oder elektrischen Ge-
räusche unbefriedigend.
Weiterhin waren solche MG-toren unbefriedigend, weil sie für die abgegebene kleine
Leistung viel zu groß waren. Ferner haben Motoren dieser Art Lüfterflügel benötigt,
die jedoch beim Antrieb- von Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtungen nicht verwendet
werden können, wie z. B. für Magnet:bandgeräte, Plattenspieler und Auf-7eichnungsgeräte
hoher Wiedergabetreue, da die Lüfterflügel ein unerwünschtes Geräusch abgeben, das
durch das elektronische System aufgenommen wird. Um dieses Geräusch zu unterdrücken,
sind in dem elektronischen System teuere Filterschaltungen erforderlich.
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Diese Motoren haben den Nachteil, daß sie sowohl für den Verbraucher
als auch für den Hersteller wegen ihrer hohen Kosten zu teuer sind.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, -einen Hysterese-Synchronmotor
mit einer Leistung von weniger als 1 PS zu schaffen, der einen guten Wirkungsgrad
hat, vollständig eingeschlossen und ohne Lüftelflügel betrieben werden kann, wobei
der Ternperattiranstieg bei Vollast immer noch unter der für Kleini-notchren mit
Leistungen unter 1 PS zulässigen Temperatur liegt.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen mehrphasigen selbstanlaufenden,
als Synchronmotor arbeitenden Hvsteresemo,tor zu schaffen, der konzentrierte Spulenwicklungen
aufweist, die auf automatischen Maschinen gewickelt werden können, der ferner einen
kleinen und wirlesamen magnetischen Stromkreis aufweist sowie einen Rotor mit einem
zylindrischen Körper, der konzentrisch zur Achse der Welle liegt und aus perrnanentinagnetischem
Material mit relativ hoher Reman-enz und einer so großen Koerzitivkraft besteht,
daß bei einer relativ niedrigen Magnetisierun,g der Rotor ausreichend hoch magnetisiert
wird, um gutie Anlauf- und Betriebsdrehmomente zu lief ein.
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Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Motor dieser Art geschaffen werden,
bei dem alle wesentlichen Teile des Rahmens und des Stators durch Präge- und Stanzpressen
unter Verwendung von Formen für Fließarbeit hergestellt werden können, so daß die
Herstellkosten eines solchen Motors wesentlich geringer sind als die Herstellkosten
von vergleichbaren, hisher erhältlichen Motoren dieser Art.
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Somit soll der erfindungsgemäße Motor einen Stator aufweisen, der
aus einem aus Lamellen aufgebauten Statorkörper oder einer Statorspinne besteht,
die Lamellen mit einer Anzahl in gleichen Abständen voneinander angeordneter Speichen
aufweist, die an ihren inneren Enden durch einen durchgehenden relativ dünnen Steg
miteinander verbunden sind, und weitere Einzellarnellen rechteckiger Form, die zwischen
den radiale,n Speichenteilen der erstgenannten Lamellen liegen und die gleiche Breite
wie diese aufweisen (wobei die Wicklungen auf den Speichen befestigt sind), sowie
aus einem lamellierten Ring, der auf den äußeren Enden der Speichen entweder aufgeschrumpft
oder aufgepreßt ist, wodurch sich ein dicht geschlossener, wirksamer magnetischer
Stromkreis ergibt.
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Ferner sollen die Statoren von elektrischen Motoren dieser Art einer
bestimmten Wärmebehandlung zur Verbesserung ihrer magnetischen Eigenschaften ausgesetzt
werden, wodurch gleichzeitig der Zusammenbau der Statoren vereinfacht wird.
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Diese und andere Ziele der Erfindung werden besser verständlich an
Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen
zeigt Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht längs der Linie IJ von Fig. 2
eines aJs Synchromnotor arbeitenden
Hysteresemotors gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung, -wobei der Rotor ünd die Lagerschilde voll gezeigt
sind, Fig. 2 eine Endansicht des in Fig. 1 gezeigten Motors, Fig.
3 eine Endansicht des-- Stators und der Wicklungsanordnung des in Fig.
1 und 2 gezeigten Motors, Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV
von Fig. 3,
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Blech aus Elektrostahl mit
ausgerichteter Kornstruktur, aus dem der Stator ausgestanzt wird, Fig.
6 eine Ansicht einer ausgestanzten Lamelle für die Statorspinne, Fig.
7 einee Ansicht einer ausgestanzten Lamelle fÜr den Statorring; Fig.
8 ist eine Ansicht einer Statorlamelle, die im Zusammenhang mit dem Stanzzuschnitt
nach Fig. 6
beim Zusammenbau des Motors verwendet wird, Fig. 9 eine
Schnittansicht des aus den Stanzteilen von, Fig. 6 und 8 zusammengebauten
Stators, Fig. 10 eine Schnittansicht ähnlich der der Fig* 9
einer abgewandelten
Ausführungsform eines Stators, der aus Stanzzuschnitten von Fig. 6 und
8 zusammengebaut ist.
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In den Fig. 1 bis 4 ist ein vielpoliger, selbstanlanfender
Synchromnotor dargestellt. Die für eine gegebene Konstruktion gewählte Anzahl der
Pole wird durch die gewünsclite Läuferd:rehzahl bestimmt. Der hier dargestellte
Motor ist ein Vierpolmotor und läuft daher an 60I-Iz Wechselspannung mit 1800Umdrehungen
pro Minute.
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Der Motor (Fig. 1 und 3) besteht aus einem Stator
A mit Statorwicklungen 1, 3, 5 und 7, die die sogenannte
Hauptstromwicklung bilden, sowie die Star torwicklungen 2, 4, 6 und
8, die die sogenannte Hilfs-oder Kondensatorwicklung bilden, die so bezeichnet
ist, weil die Wicklungen 2, 4, 6 und 8 in Reihe mit einem Kondensator
geschaltet sind. Der Motor enthält weiterhin einen Rotor 9 auf einer Welle
10 und ein Gehäuse mit Endschilden 11 und 12 mit Lagern
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und 14, in denen die Welle 10 gelagert ist.
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Der in den Zeichnungen dargestellte Motor ist nahezu in Originalgröße
dargestellt. Der Stator ist ungefähr 25,4 mm stark und besteht aus einer Anzahl
von Lamellen, wie sie in Fig. 6,7 und 8 dargestellt sind. DieDicke
der einzelnenLamellen beträgt etwa0,36mm. Daher hat dieser Motor etwa
70 Lamellen. Der Außendurchmesser des Stators beträgt ungefähr
117,5 mm, und die Rotorbohrung B, in der der Rotor sich dreht, hat einen
Durchmesser von etwa 38,1 mm. Der Durchmesser des Rotors beträgt etwa
37,89 bis 37,49 mm, so daß sich ein Luftspalt von etwa,
0,1 bis 0,3 mm ergibt.
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Einige der Statorstanzteile sind im einzelnen in Fig. 5, 6
und 7 dargestellt. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, werden die Lamellen
15 für die Statorspinne und die Lamellen 16 für den Ring aus einem
Blech 17 aus Elektrostahl hergestellt, dessen Körnung vorzugsweise in L;ängsrichtung
des Bleches ausgerichtet ist, wie dies durch die Pfeile 18 angezeigt ist.
Die Lamellen für die Statorspinne 15 und die Lamellen für den Ring
16 können aus dem Blech mit Hilfe einer geeigneten Form ausgestanzt werden,
Wie aus Fig. 5 und 7 zu ersehen ist, ist der radiale Abstand von der
Mitte der Bohrung B bis zu den Enden der Speichen 19 größer als der Radius
des inneren Kreises der Ringlamellen 16, Das heißt, die Speichen haben eine
radiale Länge von R 1 vom Mittelpunkt der Rotorbohrung bis zu ihrem äußeren.
Ende, welcher größer ist als der Radius R2, des in die Ringalamellen einbeschriebenen
inneren Kreises. Um zu zeigen, daß der Radius R 1 größer ist als der Radius
R2, ist die Länge der Speichen etwas vergrößert dargestellt. Beim Ausstanzen von
Speichen mit einem Radius von R-1 ergeben sich in den Ringlamellen Nuten 20 auf
dem inneren Umfang. Wenn die Ringlamellen auf die Spinnenlamellen aufgesetzt werden,
dann werden die Ringlamellen um 22,5' aus der in Fig. 5 gezeigten
Stellung herausgedreht und entweder über die Speichen gepreßt oder aber aufgeschrumpft,
nachdem entweder die Ringlamellen erhitzt oder die Ständerstanzteile abgekühlt worden
sind. Das Aufpressen oder Aufschrumpfen der Ringlamellen ergibt einen sehr festen
Sitz zwischen dem inneren Kreis des Ringes und den Enden der Speichen, wodurch die
Teile des Motors fest zusammengehalten werden.
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Wenn die Statorstanzteile 15 und 88 in der Weise zusammengebaut
sind, daß etwa 70Larnellen aufeinandergestapelt sind, dann werden sie mit Hilfe
von Nieten 21, die durch Nietlöcher 22 hindurchgesteckt werden, mit-einander vernietet.
Anschließend werden die Statorwicklungen auf die Speichen in der in Fig.
3
gezeigten Reihenfolge aufgesetzt, worauf der lamellierte Ring aufgepreßt
wird. Die Ringlamellen werden nach dem Zusammenbau durch in Nietlöchern24 sitzende
Niete zusammengehalten. Die zusammengebauten kingstanzteile werden in bezug auf
die Speichen der Stanzteile 15 der Läuferspinne verdreht, bis die Enden der
Speichen gegenüber den. Bolzenlöch#ern 25 für das Gehäuse und den Nietlöchern
24 für die Lamellen zu liegen kommen. Hierzu muß der aus Stanzteilen zusammengebaute
Ring entweder aufgepreßt oder auf#o,esehrumpft werden.
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Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, sind die inneren Enden
der Speichen der Stanzteile der Statorspinne durch einen ringförmigen Steg
27 miteinander verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sollten diese Stege so dünn wie möglich sein, ohne daß dabei die Steifigkeit der
Stanzteile, die zum Zusammenbau erforderlich ist, beeinträchtigt wird. Macht man
den Steg etwa 0,8 mm stark, dann hat die Statorspinne eine ausreichend hohe
Steifigkeit. Gleichzeitig bewirken dünne Stege, daß ein größerer Teil des durch
die Spulenwicklungen erzeugten Magnetflusses in den Rotor übergeht, und dadurch
wird dessen Magnetisierung erhöht.
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Wird Elektrostahl mit einer ausgerichteten Kornstruktur, wie in Fig.
5 angegeben, verwendet, dann werden die Stanzteile 15 so zusammengebaut,
daß ein wesentlicher Teil der Kornstruktur in den Speichen der Statorspinne radial
verläuft. Dies kann dadurch erreicht werden, daß jede Statorlamelle um 45c gegen
die andere Statorlamelle verdreht wird, wenn die Statorlamellen aufeinandergeschichtet
werden. Auf diese Weise wird von der Ausrichtung der Kornstruktur in jeder der Speichen
der Staterspinne Gebrauch gemacht.
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Wie in Fig. 9 gezeigt, kann der Stator aus drei Abschnitten
89, 90 und 91 bestehen. Die Teile 89 und 91 bestehen
aus den Ständerlamellen 15 (Fig. 6), und der Teil 90 besteht
aus den kurzen rechteckigen La.-mellen 88 (Fig. 9). Der Stator der
Fig. 9 liefert eine wesentlich größere Flußdichte in der Rotorbohrung B an
den Enden des Teils 90 als an den inneren Enden der Abschnitte
89 und 91, weil deren Brücken 27 einen großen Teil des Flusses
von einer Speiche zur anderen ableiten. Diese Konstruktionsaxt kann eine leichte
Nutenwelle geben, doch wird diese Welle nicht so groß sein, daß sie Störungen verursacht,
die beim Antrieb
von Schallaufzeichnungs- und Wiedergabegeräten
etwa nicht beherrscht werden könnten.
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In Fig. 10 ist eine andere Ausführungsform eines Stators dargestellt.
Er besteht aus denselben Stanzteilen 15 und 88, jedoch sind hier die
Stanzteile 15
für die Stato#rspinne und die kurzen Stanzteile 88 abwechselnd
aufgereiht. Weil die Stanzteile so dünn, d. h. nur etwa 0,36 mm stark,
sind, wurde die Dicke dieser Lamellen in Fig. 10 etwas übertrieben dargestellt,
um die miteinander abwechselnden Schichten zu zeigen.
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Aus diesen Ausführungen ergibt sich, daß mit wachsender Magnetisierung
in der Rc>torbohrtiiig die Leistung des Motors ebenfalls steigt. Außerdem kann die
Kapazität bei den Hilfswicklungen kleiner sein.
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Für den Fachmann ergibt sich ohne weiteres, daß die Stato-rspinne
jederzeit so ausgelegt werden kann, daß sie eine gewünschte Anzahl von Speichen
auf-
weist, entsprechend der gewünschten Umdrehungszahl, mit der der Motor
laufen soll.